化工答案传热

1、第六章传热习题热传导6-1.如图所示，某工业炉的炉壁由耐火砖入（mK）、绝热层入广（mK）及普通 砖入（mK）三层组成。炉膛壁内壁温度1100C，普通砖层厚12cm,其外表面温度为50C。 通过炉壁的热损失为1200W/m2,绝热材料的耐热温度为900C。求耐火砖层的最小厚度及 此时绝热层厚度。设各层间接触良好，接触热阻可以忽略。解:-14)1200 = 093(I - 50)t = 155 C0.12 33/WWW6-2.如图所示，为测量炉壁内壁的温度，在炉外壁及距外壁测得t=300C, t =50C。求内壁温度t。设炉壁由单层均质材料组成。入解：q =如011-t2)=022-。t = 8

2、00 C1/3|厚度处6-3.某火炉通过金属平壁传热使另一侧的液体蒸发，单位面积的蒸发速率为（m2s）, 与液体交界的金属壁的温度为110C。时间久后，液体一侧的壁面上形成一层2mm厚的污 垢，污垢导热系数入二 （mK）。设垢层与液面交界处的温度仍为110C，且蒸发速率需维持不变，求与垢层交界处的金属壁面的温度。液体的汽化热r=2000kJ/kg。解：q = 0.048 x 2000 = 96kW/m2t1 = 405.38 C6-4.为减少热损失，在外径150mm的饱和蒸汽管道外复盖保温层。已知保温材料的 导热系数入二+(式中t为C),蒸汽管外壁温度为180C，要求保温层外壁温度不超过50C

3、, 每米管道由于热损失而造成蒸汽冷凝的量控制在1X10-4kg/(ms)以下，问保温层厚度应 为多少解：查 180C 水蒸汽 r = 2019.3kJ/kg人=0.103 + 0.000198xf180 + 50) = 0.126W/(m C)I 2 J*6-5.如图所示，用定态平壁导热以测定材料的导热系数。将待测材料制成厚5、直 径120mm的圆形平板，置于冷、热两表面之间。热侧表面用电热器维持表面温度t1=200C。 冷侧表面用水夹套冷却，使表面温度维持在t2 =80C。电加热器的功率为。由于安装不当，待测材料的两边各有一层的静止气2层入气=(mK)，使测得的材料热 导率入与真实值入不同。

4、不计热损失，求测量的相对误差，时入-入)/入。A/A ()8 aG -1 )解：”云。1=)寸-*6-6.通过中空球壁导热的热流量Q可写成Q =嘉=形式。m试证：Am = jAE (式中AA2分别为球壁的内、外表面积。)解：q = = X A dr竺= Xdt 4兀r2定态传热Q为恒值*6-7.有一蒸汽管外径25mm，管外包以两层保温材料，每层厚均为25mm。外层与内层保温材料的热导率之比为 1= 5，此时的热损失为Q。今将内、外两层材料互换位置，且设管外壁与外层保温层外表面的温度均不变则热损失为Q。求Q /Q,说明何种材料放在里层为好。解：互换前： Q =竺当r 1 , rln ln X r

5、 X r1 , r 1 , r 2nlNt-ln- + ln =XirX r Q1221 I r , 1r2nlNt互换后：lIn* In= 一X r Xr Q依据计算可知热导率小的材料在里层热损失小。对流给热6-8.在长为3m，内径为53mm的管内加热苯溶液。苯的质量流速为172kg/(sm2)。苯在定性温度下的物性数据如下：U=s；入= (mK)； Cp=(kgC)。试求苯对管壁的给热系数。解：Repud 172 x 0.053=1.86 x 104日0.49 x 10-3加热苯溶液，b=以=0.023-R0.8P0.4 = 0.023x-14 x(.86x 104).8 x 6.30.4

6、 = 330.31 W/(m2 - K) d e r0.0536-9.在常压下用列管换热器将空气由200C冷却至120C，空气以3kg/s的流量在管 外壳体中平行于管束流动。换热器外壳的内径为260mm，内有25X钢管38根。求空气对 管壁的给热系数。解：空气定性温度为：T =二三 =200 +120 = 160 C,查常压下160C物性数据， m 22P 二 kg/m3； U = X10-5Pas；入= X10-2W/(mK)； c =(kg K) ； P = prG = % = = 87.15 kg/(s m2)入 土 xb.262 - 0.0252 x 38 4空气由200C冷却至120

7、C, b=a = 0.023左r0.8p0.3 = 0.023x 3.637x 10-2 x.29x 105)8x0.6820.3 = 252.56W/(m2 - K) d e r0.0362e6-10.油罐中装有水平蒸汽管以加热罐内重油，重油的平均温度tm=20C,蒸汽管外壁 温度tw=120C，管外径为60mm。已知在定性温度70C下重油的物性数据如下：P=900kg/m3； Cp=(kgC)；入二 (mC)。运动粘度v =2X10-3皿/s, B=3X10-4 K-1。试问蒸汽对重油的 热传递速率W/m2为多少解：大容积自然对流：N = A(GP 1查表得：A=； b=a = A-(GP

8、 ) = 0.54xixG.08x 105)25 = 36.89 W/(m2 C)l r r0.06q =a(t -1 )= 36.89 x(120 - 20)= 3689 W/m26-11.室内水平放置两根表面温度相同的蒸汽管，由于自然对流两管都向周围空气散失热量。已知大管的直径为小管直径的10倍，小管的（Gr.Pr）=109o试问两管道单位时间、 单位面积的热损失比值为多少解：大容积自然对流：N = A（GP ）两管直径不同，与特征尺寸管径有关，Gr此d3依据大管和小管GrPr查表：A=； b=1/3冷凝给热6-12.饱和温度为100C的水蒸气在长3m、外径为的单根黄铜管表面上冷凝。铜管竖

9、 直放置，管外壁的温度维持96C，试求：（1）每小时冷凝的蒸汽量；（2）又若将管子水平 放，冷凝的蒸汽量又为多少解：（1）饱和温度为100C的水蒸气，r=kg，定性温度为98C，查水：P=960kg/m3；U=s；入= （mC）。r以=1.13Ip 2 grk3 )14r=1.13k9602 x 9.81 x 2258400 x 0.68230.00029 x 3 xG00 - 96)14=7422.07 W/(m2 - K)R =eM4aLAt4 x 7422.07 x 3 x(100 - 96)2258400 x 0.00029=543.96 25 C，30-50C，Cp2=(kgK)。t

10、2 C30333538404345qm2 kg/s冷水出口温度取 40C, q 2= 9.46 kg/s，定性温度 t =32.5 C, P=m3； U= s； = (m*K)o以=0.023-R0.8P0.4 = 0.023 x 0.6131 xG.60 x 104 x5.200.4 = 4.64 x103 W/(m2 - K) d e r0.02双管程，n=31/2=16 , 流量不变，流速增加一倍。以=20.8以=1.74 x 4.64 x 103 = 8.07 x 103 W/(m2 - K)t2 = 46.8 Cm19.46 x 4.174 x(46.8 - 25)395=2.18k

11、g/s传热操作型计算6-28.某冷凝器传热面积为20m2，用来冷凝100C的饱和水蒸汽。冷液进口温度为 40C，流量s，比热为4000J/(kgC)。换热器的传热系数K=125W/(m2C)，求水蒸汽 冷凝量。解：100C的饱和水蒸汽，r=kg。t2 = 69.7 Cq c (t -t) 0.917x4000 x(69.7-40)q m12258.4 x 103m2 p2 2= = 4.82 x 10-2 kg/sr6-29.有一套管换热器，内管为19X3mm，管长为2m,管隙的油与管内的水的流向 相反。油的流量为270kg/h,进口温度为100C，水的流量为360kg/h,入口温度为10C。

12、 若忽略热损失，且知以管外表面积为基准的传热系数K=374 W/(m2 C),油的比热c(kgC),试求油和水的出口温度分别为多少解：水的定性温度取10C，c =(kgC)p2L = 0.260T = 76.6 CT1 -112 _ = 0.336t = 17.9 CT - T)2水的定性温度tm = 14C，Cp2=(kgC)，与10C水的Cp(kgC)相差很小，计算有效。6-30.某列管换热器用110C饱和蒸汽加热甲苯，可使甲苯由30C加热至100C。今甲 苯流量增加50%，试求：(1)甲苯出口温度；(2)在不变动设备条件下，采用何种措施以使甲苯出口温度仍维持100C作定量计算。解：(1)

13、 Q = q c (t t)=aAAtm 2 p 2 21mt2 = 98.23 C(2) A.提高饱和蒸汽的温度(加压)T = 112.1 CB.提高饱和蒸汽冷凝量，增加50%。*6-31.某套管换热器有传热面积，油在内管从75C被冷却至65C。冷却水在环隙中逆流流动，从30C加热至45C，给热系数ct2=4000W/(m2 C)。内管直径625mm，管壁 较薄，热阻可略去不计。求该换热器能冷却的最大油量。已知油在平均温度下的物性为入二 (mC)； U=s； Cp=2070J/(kgC)。解：Q = q c (t -1 )= q c T - T )= KAAtml pl 2 1m 2 p 2

14、 1 2mAt =-12 m-11)=(J5 - 4-(65 - 30)= 32.44 C mln 1T-11lnH65 - 30*6-32.今有一套管换热器，冷、热流体的进口温度分别为40C和100C。已知并流操作时冷流体出口温度为60C，热流体为80C。试问逆流操作时热流体、冷流体的出口温 度各为多少设传热系数K均为定值。100。T 80。解：并流操作时：q cm1 p1qm2Cp2T - T 100 - 80 1-42 = = 112 -160 - 40逆流操作时:100。T T1 40。2C m1_p1 qm2Cp2T - T121 -12140。T 60。T = 78.73 C1 =

15、 61.27 C2*6-33.由A、B两台换热器组成的换热系统中，冷与热流体的流向及流量等均如图所示。已知:A、B两台换热器的传热面积，传热系数均相等。冷流体流量等量分配。且T =150C，1T =40C； t=30C，t =90C。试求：温度T，t、t的值分别为多少212a b解： Q =, c (t -t)= q c 侦-T )= KAAt = KA f 一七A 2 pl a 1 m 2 p 2 1mAi T tln aT t1T t T tT t J- 150 -1 aT -1 bT - 3040 - 30(1)(2)(3)t - 30 150 - TL - 30 = T - 40t =

16、 a 2 *b = 90联立(1) (2) (3)T = 64.6C, t = 123 C, q = 57 C换热器6-36.今欲于下列各列管换热器中，将某种溶液从20C加热到50C。加热剂进口温度 为100C，出口温度为60C。试求各种情况下的平均温差。(1)单壳程，四管程；(2)双壳程，四管程。解：At =v At 逆逆流操作时:100C。 6050 20C。(100 - 50)+ (60 - 20)Atm逆=45 C(1) 单壳程，四管程查图（P230）, w = 0.9At =wt 逆=0.9 x 45 = 40.5 C（2）双壳程，四管程。查图（P230）, w = 0.98At =

17、wAt 逆=0.98 x 45 = 44.1 C6-37.有一列管换热器，煤油走壳程。其温度由230C降至120C,流量为28700kg/h。 壳内径为560mm，内有25X的钢管70根，每根长6m,管中心距为32mm，三角形排列。 用圆缺形挡板（切去高度为直径的25%），挡板间距为300mm。试求煤油的给热系数。已知定性温度下煤油的物性数据如下：C = （kgC），P=710kg/m3，P=s，入= （mK）。解：6-38.有一单壳程双管程列管换热器，管外用120C饱和蒸汽加热，常压干空气以 12m/s的流速在管内流过，管径为38X，总管数为200根，已知空气进口温度为26C， 要求空气出口温